JPH10160141A - 固形廃棄物のガス化燃焼方法及び装置 - Google Patents
固形廃棄物のガス化燃焼方法及び装置Info
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- JPH10160141A JPH10160141A JP8329079A JP32907996A JPH10160141A JP H10160141 A JPH10160141 A JP H10160141A JP 8329079 A JP8329079 A JP 8329079A JP 32907996 A JP32907996 A JP 32907996A JP H10160141 A JPH10160141 A JP H10160141A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 運転操作が容易で安全性に優れ、コンパクト
で熱効率の良い固形廃棄物のガス化燃焼方法と装置を提
供する。 【解決手段】 固形廃棄物を流動層ガス化炉２の流動層
部４にて４５０〜６５０℃で一次燃焼し、次いでフリー
ボード部６にて６５０〜８５０℃で二次燃焼し、さらに
後段の燃焼炉にて１２００〜１５００℃で三次燃焼する
ことにより灰分を溶融スラグ化する固形廃棄物のガス化
燃焼方法において、前記流動層ガス化炉の流動層部並び
にフリーボード部に供給するガスが、酸素、水蒸気、空
気の中の１つ以上から選択され、流動層部に供給するガ
ス中の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％、フリー
ボード部に供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の
０〜２０％とし、前記流動層４は、中央部を流動媒体が
流動化しつつ下降１５し、周辺部を流動媒体が流動化し
つつ上昇１６するといった旋回流動をさせる内部旋回型
流動層ガス化炉を用い、前記燃焼炉には旋回式溶融炉を
用いる。
で熱効率の良い固形廃棄物のガス化燃焼方法と装置を提
供する。 【解決手段】 固形廃棄物を流動層ガス化炉２の流動層
部４にて４５０〜６５０℃で一次燃焼し、次いでフリー
ボード部６にて６５０〜８５０℃で二次燃焼し、さらに
後段の燃焼炉にて１２００〜１５００℃で三次燃焼する
ことにより灰分を溶融スラグ化する固形廃棄物のガス化
燃焼方法において、前記流動層ガス化炉の流動層部並び
にフリーボード部に供給するガスが、酸素、水蒸気、空
気の中の１つ以上から選択され、流動層部に供給するガ
ス中の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％、フリー
ボード部に供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の
０〜２０％とし、前記流動層４は、中央部を流動媒体が
流動化しつつ下降１５し、周辺部を流動媒体が流動化し
つつ上昇１６するといった旋回流動をさせる内部旋回型
流動層ガス化炉を用い、前記燃焼炉には旋回式溶融炉を
用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固形廃棄物、特
に、都市ごみ、固形化燃料、スラリー化燃料、廃プラス
チック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、
低品位炭、廃油等の固形廃棄物をガス化燃焼し、廃棄物
中に含有される灰分を溶融スラグ化する方法と装置に関
する。上記中、固形化燃料には、都市ごみを破砕選別
後、生石灰等を添加して圧縮成形したＲＤＦと称するも
の、スラリー化燃料には、都市ごみを破砕後水スラリー
化し、高圧下で水熱分解により油化したものが含まれ
る。ＦＲＰは繊維強化プラスチックのことであり、バイ
オマス廃棄物には上下水廃棄物（夾雑物、し渣、下水汚
泥）、農産廃棄物（もみがら、稲わら、余剰産物）、林
産廃棄物（のこくず、バーク、間伐材）、産業廃棄物
（パルプチップダスト）、建築廃材等が含まれる。低品
位炭には、石炭化度の低い泥炭、もしくは選炭時に出る
ボタ等がある。
に、都市ごみ、固形化燃料、スラリー化燃料、廃プラス
チック、廃ＦＲＰ、バイオマス廃棄物、自動車廃棄物、
低品位炭、廃油等の固形廃棄物をガス化燃焼し、廃棄物
中に含有される灰分を溶融スラグ化する方法と装置に関
する。上記中、固形化燃料には、都市ごみを破砕選別
後、生石灰等を添加して圧縮成形したＲＤＦと称するも
の、スラリー化燃料には、都市ごみを破砕後水スラリー
化し、高圧下で水熱分解により油化したものが含まれ
る。ＦＲＰは繊維強化プラスチックのことであり、バイ
オマス廃棄物には上下水廃棄物（夾雑物、し渣、下水汚
泥）、農産廃棄物（もみがら、稲わら、余剰産物）、林
産廃棄物（のこくず、バーク、間伐材）、産業廃棄物
（パルプチップダスト）、建築廃材等が含まれる。低品
位炭には、石炭化度の低い泥炭、もしくは選炭時に出る
ボタ等がある。
【０００２】
【従来の技術】従来の焼却法に代わる新たな環境保全型
の廃棄物処理技術として、現在、ガス化と燃焼を組み合
わせた「ガス化燃焼システム」の開発が各社により競わ
れ、既に実用域に達しているものもある。こうした「ガ
ス化燃焼システム」に共通の特長を挙げると以下のよう
になる。 低空気比燃焼のため、排ガス量は大幅に低減され
る。 高温燃焼により、ダイオキシン類やフラン類はほと
んど発生しない。 廃棄物中の灰分は重金属が溶出しない無害なスラグ
として回収される。このため、埋立地の延命化が図れ、
路盤材等への利用も可能となる。 ガス化で生成するガス、タール、炭化物の保有エネ
ルギーを、灰溶融のための高温源に有効活用できる。 システム中にダイオキシン処理や灰溶融の機能が組
み込まれるため、装置全体がコンパクト化され、建設コ
ストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備に付与したよ
り安価となる。
の廃棄物処理技術として、現在、ガス化と燃焼を組み合
わせた「ガス化燃焼システム」の開発が各社により競わ
れ、既に実用域に達しているものもある。こうした「ガ
ス化燃焼システム」に共通の特長を挙げると以下のよう
になる。 低空気比燃焼のため、排ガス量は大幅に低減され
る。 高温燃焼により、ダイオキシン類やフラン類はほと
んど発生しない。 廃棄物中の灰分は重金属が溶出しない無害なスラグ
として回収される。このため、埋立地の延命化が図れ、
路盤材等への利用も可能となる。 ガス化で生成するガス、タール、炭化物の保有エネ
ルギーを、灰溶融のための高温源に有効活用できる。 システム中にダイオキシン処理や灰溶融の機能が組
み込まれるため、装置全体がコンパクト化され、建設コ
ストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備に付与したよ
り安価となる。
【０００３】こうした技術が登場するに至った背景を挙
げるならば、 ダイオキシンや灰溶融といった問題に個別対応して
いたのでは、処理施設の建設コストや運転コストが割高
となることが避けられず、早急な解決が迫られた。 近い将来予測されるダイオキシンの規制強化に対応
しておく必要があった。 払底逼迫する埋立地の延命化、並びに灰の無害化さ
らにはリサイクル利用のため、灰溶融のニーズが急速に
高まってきた。 廃棄物の保有するエネルギーを最大限に活用するよ
うなシステム作りが望まれるようになった。
げるならば、 ダイオキシンや灰溶融といった問題に個別対応して
いたのでは、処理施設の建設コストや運転コストが割高
となることが避けられず、早急な解決が迫られた。 近い将来予測されるダイオキシンの規制強化に対応
しておく必要があった。 払底逼迫する埋立地の延命化、並びに灰の無害化さ
らにはリサイクル利用のため、灰溶融のニーズが急速に
高まってきた。 廃棄物の保有するエネルギーを最大限に活用するよ
うなシステム作りが望まれるようになった。
【０００４】現在、「ガス化燃焼システム」において開
発が先行しているものに、ガス化炉に竪型シャフト炉を
用いた方式（以下、Ｓ方式）とロータリーキルン炉を用
いた方式（以下、Ｒ方式）がある。前者のＳ方式では、
ガス化炉内に乾燥・予熱ゾーン（２００〜３００℃）、
熱分解ゾーン（３００〜１０００℃）、燃焼・溶融ゾー
ン（１５００℃以上）が上から順に層状に形成され、炉
上部より投入された廃棄物とコークスは、より下方のゾ
ーンで発生したガスと熱交換しながら炉内を下降する。
炉内を上昇した生成ガスは、後段の燃焼炉にて約９００
℃で燃焼される。熱分解ゾーンで生成した炭化物は、装
入されたコークスとともに溶融・燃焼ゾーンに下降し、
羽口から供給される酸素富活空気により高温燃焼し、灰
分と無機物の全量を溶融する。後者のＲ方式では、廃棄
物は破砕後、高温空気により外熱されたドラム型の回転
炉に供給され、約４５０℃でゆっくりと時間をかけて熱
分解ガス化される。この時生成する炭化物は炉から排出
され、発火しない温度まで冷却される。次いで、微粉砕
された炭化物は、後段の旋回式溶融炉に供給され、回転
炉からの生成ガスとともに１３００℃で高温燃焼し、灰
分を溶融スラグ化する。
発が先行しているものに、ガス化炉に竪型シャフト炉を
用いた方式（以下、Ｓ方式）とロータリーキルン炉を用
いた方式（以下、Ｒ方式）がある。前者のＳ方式では、
ガス化炉内に乾燥・予熱ゾーン（２００〜３００℃）、
熱分解ゾーン（３００〜１０００℃）、燃焼・溶融ゾー
ン（１５００℃以上）が上から順に層状に形成され、炉
上部より投入された廃棄物とコークスは、より下方のゾ
ーンで発生したガスと熱交換しながら炉内を下降する。
炉内を上昇した生成ガスは、後段の燃焼炉にて約９００
℃で燃焼される。熱分解ゾーンで生成した炭化物は、装
入されたコークスとともに溶融・燃焼ゾーンに下降し、
羽口から供給される酸素富活空気により高温燃焼し、灰
分と無機物の全量を溶融する。後者のＲ方式では、廃棄
物は破砕後、高温空気により外熱されたドラム型の回転
炉に供給され、約４５０℃でゆっくりと時間をかけて熱
分解ガス化される。この時生成する炭化物は炉から排出
され、発火しない温度まで冷却される。次いで、微粉砕
された炭化物は、後段の旋回式溶融炉に供給され、回転
炉からの生成ガスとともに１３００℃で高温燃焼し、灰
分を溶融スラグ化する。
【０００５】これら２方式の課題について述べる。Ｓ方
式のシャフト炉は、１７００〜１８００℃に達する溶融
ゾーンがガス化炉底部に存在するため、コークス等副資
材や酸素富活空気の使用が避けられず、このため運転費
が上昇する。また、コークス等を使用するために、二酸
化炭素の排出量が増加するという問題もある。さらに、
廃棄物中の金属のほぼ全量が溶融するため、金属の種類
毎に地金としてリサイクル利用することが出来ない。本
方式のガス化炉は固定床炉というタイプに属するが、形
状が様々な廃棄物を層状に積み上げ、しかも最下部に燃
焼・溶融ゾーンを有するため、安定した運転が困難であ
る。何故なら、固定床炉ではガスを層内に均一に流すこ
と、すなわち通気性の確保が極めて重要であるが、廃棄
物の形状の多様性からこれが難しく、ガスの吹き抜けや
偏流が起きやすいからである。コークスの添加は、こう
した通気性の確保の目的もあるが、十分とは言えず、ガ
ス流量や炉内圧の変動は抑え難い。また、発生ガスの全
てが１０００℃を越える高温部分を通過するわけではな
いので、ダイオキシン類やフラン類の生成を完全に抑え
ることは不可能である。
式のシャフト炉は、１７００〜１８００℃に達する溶融
ゾーンがガス化炉底部に存在するため、コークス等副資
材や酸素富活空気の使用が避けられず、このため運転費
が上昇する。また、コークス等を使用するために、二酸
化炭素の排出量が増加するという問題もある。さらに、
廃棄物中の金属のほぼ全量が溶融するため、金属の種類
毎に地金としてリサイクル利用することが出来ない。本
方式のガス化炉は固定床炉というタイプに属するが、形
状が様々な廃棄物を層状に積み上げ、しかも最下部に燃
焼・溶融ゾーンを有するため、安定した運転が困難であ
る。何故なら、固定床炉ではガスを層内に均一に流すこ
と、すなわち通気性の確保が極めて重要であるが、廃棄
物の形状の多様性からこれが難しく、ガスの吹き抜けや
偏流が起きやすいからである。コークスの添加は、こう
した通気性の確保の目的もあるが、十分とは言えず、ガ
ス流量や炉内圧の変動は抑え難い。また、発生ガスの全
てが１０００℃を越える高温部分を通過するわけではな
いので、ダイオキシン類やフラン類の生成を完全に抑え
ることは不可能である。
【０００６】一方、Ｒ方式のガス化炉は、高温空気を用
いた外熱式の回転炉のため、伝熱が良くなく、従って炉
の著しい大型化が避けられない。また、熱分解により生
じたタールや未分解物が伝熱面を覆うために、さらに伝
熱が悪化するといった問題があった。６００℃にも達す
る高温空気を排ガスとの熱交換により得ることは、熱交
換器の材料上にも無理がある。一方、生成する炭化物
は、回転炉から排出後に微粉砕してから燃焼炉に供給
し、回転炉から直接供給すれるガスに合流させて高温燃
焼させる。このため、排出、冷却、粉砕、貯留、供給と
いった炭化物用のハンドリング設備が必要である。こう
したハンドリング中に炭化物の保有する熱が冷却や放熱
により失われることも、エネルギー利用上望ましいこと
とは言えない。なお、炭化物を冷却しないまま外部に排
出すると、空気と接触した際に発火するので危険であ
る。Ｓ方式、Ｒ方式とも実質的なガス化温度は、４５０
℃以下となるため、燃焼速度の遅いタールが多くなるの
が欠点である。
いた外熱式の回転炉のため、伝熱が良くなく、従って炉
の著しい大型化が避けられない。また、熱分解により生
じたタールや未分解物が伝熱面を覆うために、さらに伝
熱が悪化するといった問題があった。６００℃にも達す
る高温空気を排ガスとの熱交換により得ることは、熱交
換器の材料上にも無理がある。一方、生成する炭化物
は、回転炉から排出後に微粉砕してから燃焼炉に供給
し、回転炉から直接供給すれるガスに合流させて高温燃
焼させる。このため、排出、冷却、粉砕、貯留、供給と
いった炭化物用のハンドリング設備が必要である。こう
したハンドリング中に炭化物の保有する熱が冷却や放熱
により失われることも、エネルギー利用上望ましいこと
とは言えない。なお、炭化物を冷却しないまま外部に排
出すると、空気と接触した際に発火するので危険であ
る。Ｓ方式、Ｒ方式とも実質的なガス化温度は、４５０
℃以下となるため、燃焼速度の遅いタールが多くなるの
が欠点である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するとともに、運転操作が容易で安全性に優
れ、コンパクトでしかも熱効率の高い、固形廃棄物をガ
ス化燃焼する方法並びに装置を提供することを課題とす
る。
点を解決するとともに、運転操作が容易で安全性に優
れ、コンパクトでしかも熱効率の高い、固形廃棄物をガ
ス化燃焼する方法並びに装置を提供することを課題とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、固形廃棄物を流動層ガス化炉の流動層
部にて４５０〜６５０℃で一次燃焼し、次いでフリーボ
ード部にて６５０〜８５０℃で二次燃焼し、さらに後段
の燃焼炉にて１２００〜１５００℃で三次燃焼すること
により灰分を溶融スラグ化する固形廃棄物のガス化燃焼
方法において、前記流動層ガス化炉の流動層部並びにフ
リーボード部に供給するガスが、酸素、水蒸気、空気の
中の１つ以上から選択され、流動層部に供給するガス中
の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％、フリーボー
ド部に供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の０〜
２０％とし、前記流動層ガス化炉の水平断面を円形と
し、炉底中央部に比較的緩慢な流動層、炉底周辺部に比
較的活発な流動層を形成するとともに、流動層の表面近
傍の内壁沿いに内側に傾斜した傾斜壁を設け、流動媒体
の流れを周辺部から中央部へ転向することにより、炉壁
中央部の緩慢流動層中を流動媒体が流動化しつつ下降
し、炉底周辺部の活発流動層中を流動媒体が流動化しつ
つ上昇し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺部
へ、流動層上部にて流動媒体が周辺部から中央部へ流動
化しつつ移動するような流動媒体の旋回運動を生ぜし
め、流動層断面における緩慢流動層の面積割合を４０〜
６０％、緩慢流動層における流動化ガスの質量速度を最
小流動化質量速度の２〜６倍、活発流動層における流動
化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動化ガスの質
量速度の１．５〜３倍、傾斜壁の下方投影面積を流動層
断面の２５〜４０％、該傾斜壁の水平面に対する傾斜角
度を３０〜６０°としている。さらに、前記燃焼炉に
は、酸素、水蒸気、空気のいずれか１つ以上から選択さ
れたガスを供給し、該ガス中の酸素量は理論燃焼酸素量
の８０〜１２０％としている。
に、本発明では、固形廃棄物を流動層ガス化炉の流動層
部にて４５０〜６５０℃で一次燃焼し、次いでフリーボ
ード部にて６５０〜８５０℃で二次燃焼し、さらに後段
の燃焼炉にて１２００〜１５００℃で三次燃焼すること
により灰分を溶融スラグ化する固形廃棄物のガス化燃焼
方法において、前記流動層ガス化炉の流動層部並びにフ
リーボード部に供給するガスが、酸素、水蒸気、空気の
中の１つ以上から選択され、流動層部に供給するガス中
の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％、フリーボー
ド部に供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の０〜
２０％とし、前記流動層ガス化炉の水平断面を円形と
し、炉底中央部に比較的緩慢な流動層、炉底周辺部に比
較的活発な流動層を形成するとともに、流動層の表面近
傍の内壁沿いに内側に傾斜した傾斜壁を設け、流動媒体
の流れを周辺部から中央部へ転向することにより、炉壁
中央部の緩慢流動層中を流動媒体が流動化しつつ下降
し、炉底周辺部の活発流動層中を流動媒体が流動化しつ
つ上昇し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺部
へ、流動層上部にて流動媒体が周辺部から中央部へ流動
化しつつ移動するような流動媒体の旋回運動を生ぜし
め、流動層断面における緩慢流動層の面積割合を４０〜
６０％、緩慢流動層における流動化ガスの質量速度を最
小流動化質量速度の２〜６倍、活発流動層における流動
化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動化ガスの質
量速度の１．５〜３倍、傾斜壁の下方投影面積を流動層
断面の２５〜４０％、該傾斜壁の水平面に対する傾斜角
度を３０〜６０°としている。さらに、前記燃焼炉に
は、酸素、水蒸気、空気のいずれか１つ以上から選択さ
れたガスを供給し、該ガス中の酸素量は理論燃焼酸素量
の８０〜１２０％としている。
【０００９】前記固形廃棄物をガス化燃焼するための前
段の流動層ガス化炉においては、流動媒体に砂、アルミ
ナ、ドロマイト、石灰石を用いるのが良い。ガス化炉の
炉底からは、固形廃棄物中に含有される金属を未酸化で
クリーンな状態で回収することが出来る。この時、ガス
化炉後段の燃焼炉には、旋回式溶融炉を用いるのが良
い。また、本発明では、４５０〜６５０℃で一次燃焼す
る流動層部と、次いで６５０〜８５０℃で二次燃焼する
フリーボード部とからなる流動層ガス化炉と、さらに後
段の、１２００〜１５００℃で三次燃焼し灰分を溶融ス
ラグ化する燃焼炉とを有する固形廃棄物のガス化燃焼装
置において、前記流動層ガス化炉の流動層部並びにフリ
ーボード部には、酸素、水蒸気、空気の中の１つ以上か
ら選択されたガスを供給する供給口を設け、流動層部に
供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０
％、フリーボード部に供給するガス中の酸素量を理論燃
焼酸素量の０〜２０％に制御する制御機構を有すると共
に、前記流動層ガス化炉は、水平断面を円形とし、炉底
中央部に流動化ガスの質量速度を最小流動化質量速度の
２〜６倍とした比較的緩慢な流動層を形成させ、炉底周
辺部に流動化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動
化ガスの質量速度の１．５〜３倍とした比較的活発な流
動層を形成させ、また、流動層の表面近傍の内壁沿いに
内側に傾斜した傾斜壁を設け、流動層上部にて流動媒体
が周辺部から中央部へ流動化しつつ移動するような流動
媒体の旋回運動を生ぜしめ、流動層断面における前記緩
慢流動層の面積割合を４０〜６０％、傾斜壁の下方投影
面積を流動層断面の２５〜４０％、該傾斜壁の水平面に
対する傾斜角度を３０〜６０°としたことを特徴とする
固形廃棄物のガス化燃焼装置としたものである。
段の流動層ガス化炉においては、流動媒体に砂、アルミ
ナ、ドロマイト、石灰石を用いるのが良い。ガス化炉の
炉底からは、固形廃棄物中に含有される金属を未酸化で
クリーンな状態で回収することが出来る。この時、ガス
化炉後段の燃焼炉には、旋回式溶融炉を用いるのが良
い。また、本発明では、４５０〜６５０℃で一次燃焼す
る流動層部と、次いで６５０〜８５０℃で二次燃焼する
フリーボード部とからなる流動層ガス化炉と、さらに後
段の、１２００〜１５００℃で三次燃焼し灰分を溶融ス
ラグ化する燃焼炉とを有する固形廃棄物のガス化燃焼装
置において、前記流動層ガス化炉の流動層部並びにフリ
ーボード部には、酸素、水蒸気、空気の中の１つ以上か
ら選択されたガスを供給する供給口を設け、流動層部に
供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０
％、フリーボード部に供給するガス中の酸素量を理論燃
焼酸素量の０〜２０％に制御する制御機構を有すると共
に、前記流動層ガス化炉は、水平断面を円形とし、炉底
中央部に流動化ガスの質量速度を最小流動化質量速度の
２〜６倍とした比較的緩慢な流動層を形成させ、炉底周
辺部に流動化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動
化ガスの質量速度の１．５〜３倍とした比較的活発な流
動層を形成させ、また、流動層の表面近傍の内壁沿いに
内側に傾斜した傾斜壁を設け、流動層上部にて流動媒体
が周辺部から中央部へ流動化しつつ移動するような流動
媒体の旋回運動を生ぜしめ、流動層断面における前記緩
慢流動層の面積割合を４０〜６０％、傾斜壁の下方投影
面積を流動層断面の２５〜４０％、該傾斜壁の水平面に
対する傾斜角度を３０〜６０°としたことを特徴とする
固形廃棄物のガス化燃焼装置としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する。
本発明は、前記のＲ方式に検討を加え、内部旋回型流動
層ガス化炉と燃焼炉（好ましくは旋回式溶融炉）を用い
る方式（Ｆ方式）としたものである。固形廃棄物はガス
化炉に供給され、流動媒体が形成する流動層にて４５０
〜６５０℃で熱分解ガス化される。ガス化時に生成する
炭化物は、流動層の攪拌運動により微粉砕され、ガスと
ともに後段の燃焼炉に供給される。ただし、微細化され
たとはいえ、燃焼速度の遅い炭化物は少ない方が望まし
い。従って、ガス化温度が低過ぎるのは、炭化物の生成
を多くするので好ましくない。また、ガス化温度が４５
０℃以下になると、熱分解ガス化反応が極端に遅くなる
ため、未分解物が堆積しやすいといった厄介な問題を生
ずる。こうしたことから、ガス化温度の下限を４５０℃
（好ましくは５００℃）と定めた。
本発明は、前記のＲ方式に検討を加え、内部旋回型流動
層ガス化炉と燃焼炉（好ましくは旋回式溶融炉）を用い
る方式（Ｆ方式）としたものである。固形廃棄物はガス
化炉に供給され、流動媒体が形成する流動層にて４５０
〜６５０℃で熱分解ガス化される。ガス化時に生成する
炭化物は、流動層の攪拌運動により微粉砕され、ガスと
ともに後段の燃焼炉に供給される。ただし、微細化され
たとはいえ、燃焼速度の遅い炭化物は少ない方が望まし
い。従って、ガス化温度が低過ぎるのは、炭化物の生成
を多くするので好ましくない。また、ガス化温度が４５
０℃以下になると、熱分解ガス化反応が極端に遅くなる
ため、未分解物が堆積しやすいといった厄介な問題を生
ずる。こうしたことから、ガス化温度の下限を４５０℃
（好ましくは５００℃）と定めた。
【００１１】一方、ガス化温度が高くなるほど、炭化物
の生成は少なくなり、熱分解ガス化反応は速くなる。た
だし、本発明では、廃棄物は出来るだけ無破砕に近い状
態でガス化炉に供給するため、反応が速過ぎると、廃棄
物の供給に伴う量の変動が、ガス発生量や炉内圧に変動
をもたらし、燃焼炉の運転に悪影響を及ぼす。ガス発生
量の変動は、燃焼炉排ガス中のＣＯ濃度を高くする原因
となる。廃棄物には金属を含むものが多いが、これらの
金属を未酸化状態で回収し、種類毎に地金としてリサイ
クル利用することは、本発明の重要なポイントである。
特に対象がアルミニウムの場合、融点が６６０℃である
から、ガス化温度はこれより低くする必要がある。これ
より、ガス化温度の上限を６５０℃（好ましくは６００
℃）とした。廃棄物の熱分解ガス化に必要な熱量は、廃
棄物を部分燃焼することにより迅速かつ効率良く供給さ
れる。こうした熱の供給方法を、一般には内熱式と呼ぶ
が、内熱式の炉がコンパクト性と熱効率の点で明らかに
外熱式より優れている。
の生成は少なくなり、熱分解ガス化反応は速くなる。た
だし、本発明では、廃棄物は出来るだけ無破砕に近い状
態でガス化炉に供給するため、反応が速過ぎると、廃棄
物の供給に伴う量の変動が、ガス発生量や炉内圧に変動
をもたらし、燃焼炉の運転に悪影響を及ぼす。ガス発生
量の変動は、燃焼炉排ガス中のＣＯ濃度を高くする原因
となる。廃棄物には金属を含むものが多いが、これらの
金属を未酸化状態で回収し、種類毎に地金としてリサイ
クル利用することは、本発明の重要なポイントである。
特に対象がアルミニウムの場合、融点が６６０℃である
から、ガス化温度はこれより低くする必要がある。これ
より、ガス化温度の上限を６５０℃（好ましくは６００
℃）とした。廃棄物の熱分解ガス化に必要な熱量は、廃
棄物を部分燃焼することにより迅速かつ効率良く供給さ
れる。こうした熱の供給方法を、一般には内熱式と呼ぶ
が、内熱式の炉がコンパクト性と熱効率の点で明らかに
外熱式より優れている。
【００１２】ところが、このような低いガス化温度域で
は燃焼速度の遅いタールや炭化物の発生が避けられな
い。これは、後段の燃焼炉の容積を大きくする要因とな
る。燃焼炉をコンパクトにするには、ガス化温度を高め
て気体成分主体のガス組成とする必要がある。このよう
な目的から、また、炭化物の堆積による流動層の膨張を
防止し、ガス化炉のフリーボード部の容積を有効活用す
るため、本発明ではガス化炉のフリーボード部に流動化
ガスとほぼ同質の含酸素ガスを供給し、６５０〜８５０
℃で二次燃焼すなわち第二段階のガス化を行うようにし
た。この二次燃焼によりタール、炭化物の多くは低分子
量のガスに変換される。こうして、燃焼炉の負荷低減と
コンパクト化が可能となった。なお、二次燃焼における
温度の上限は、ガス化炉と燃焼炉をつなぐ煙道に灰を溶
着させないため、８５０℃（好ましくは７５０℃）とし
た。二次燃焼させる場合の温度の下限は、流動層での炭
化物の堆積を防ぐため６５０℃とした。ただし、フリー
ボード部における二次燃焼は、絶対に必要というもので
はない。廃棄物の性状に応じて、ケースバイケースで決
められる。
は燃焼速度の遅いタールや炭化物の発生が避けられな
い。これは、後段の燃焼炉の容積を大きくする要因とな
る。燃焼炉をコンパクトにするには、ガス化温度を高め
て気体成分主体のガス組成とする必要がある。このよう
な目的から、また、炭化物の堆積による流動層の膨張を
防止し、ガス化炉のフリーボード部の容積を有効活用す
るため、本発明ではガス化炉のフリーボード部に流動化
ガスとほぼ同質の含酸素ガスを供給し、６５０〜８５０
℃で二次燃焼すなわち第二段階のガス化を行うようにし
た。この二次燃焼によりタール、炭化物の多くは低分子
量のガスに変換される。こうして、燃焼炉の負荷低減と
コンパクト化が可能となった。なお、二次燃焼における
温度の上限は、ガス化炉と燃焼炉をつなぐ煙道に灰を溶
着させないため、８５０℃（好ましくは７５０℃）とし
た。二次燃焼させる場合の温度の下限は、流動層での炭
化物の堆積を防ぐため６５０℃とした。ただし、フリー
ボード部における二次燃焼は、絶対に必要というもので
はない。廃棄物の性状に応じて、ケースバイケースで決
められる。
【００１３】燃焼炉での三次燃焼は、灰が溶流する温度
より５０〜１００℃高い温度に設定すればよいが、廃棄
物の種類によって灰の溶流温度に違いがあるので、通常
は１２００〜１５００℃とする。本Ｆ方式では、Ｓ方式
におけるような１７００〜１８００℃という高温は必要
ないので、コークス等の副資材は一切不要である。対象
となる固形廃棄物の質や目標とするガス性状に応じて、
一次〜三次燃焼に供給されるガスは、空気、酸素、スチ
ームの中から適宜選択して使用される。無論、酸素富活
空気もこの中に含まれる。該ガス中の酸素量を、廃棄物
の理論燃焼酸素量に対する比率すなわち酸素比で表す
と、一次燃焼が１０〜３０％、二次燃焼が０〜２０％、
三次燃焼が８０〜１２０％とすることが良い。一次〜三
次燃焼を合わせた酸素比は１３０％程度が好ましい。
より５０〜１００℃高い温度に設定すればよいが、廃棄
物の種類によって灰の溶流温度に違いがあるので、通常
は１２００〜１５００℃とする。本Ｆ方式では、Ｓ方式
におけるような１７００〜１８００℃という高温は必要
ないので、コークス等の副資材は一切不要である。対象
となる固形廃棄物の質や目標とするガス性状に応じて、
一次〜三次燃焼に供給されるガスは、空気、酸素、スチ
ームの中から適宜選択して使用される。無論、酸素富活
空気もこの中に含まれる。該ガス中の酸素量を、廃棄物
の理論燃焼酸素量に対する比率すなわち酸素比で表す
と、一次燃焼が１０〜３０％、二次燃焼が０〜２０％、
三次燃焼が８０〜１２０％とすることが良い。一次〜三
次燃焼を合わせた酸素比は１３０％程度が好ましい。
【００１４】本発明は、内部旋回型流動層ガス化炉と燃
焼炉（好ましくは旋回式溶融炉）を組み合わせたことに
より、固形廃棄物を二次公害を出すことなく完全燃焼さ
せるための方式である。水平断面が矩形の内部旋回型流
動層炉は、固形廃棄物の焼却用に開発され、既に実用に
付されている（特開昭５７−１２４６０８号、特公昭６
２−５２４２号公報）。今回「ガス化燃焼システム」用
に開発した流動層ガス化炉は、水平断面を円形とし、流
動層の中央部を緩慢な流動層、壁面に沿った周辺部を活
発な流動層とし、流動媒体に中央部の緩慢流動層を下降
し、周辺部の活発流動層を上昇するような旋回流動をさ
せることにより、以下に述べる特長を持たせている。
焼炉（好ましくは旋回式溶融炉）を組み合わせたことに
より、固形廃棄物を二次公害を出すことなく完全燃焼さ
せるための方式である。水平断面が矩形の内部旋回型流
動層炉は、固形廃棄物の焼却用に開発され、既に実用に
付されている（特開昭５７−１２４６０８号、特公昭６
２−５２４２号公報）。今回「ガス化燃焼システム」用
に開発した流動層ガス化炉は、水平断面を円形とし、流
動層の中央部を緩慢な流動層、壁面に沿った周辺部を活
発な流動層とし、流動媒体に中央部の緩慢流動層を下降
し、周辺部の活発流動層を上昇するような旋回流動をさ
せることにより、以下に述べる特長を持たせている。
【００１５】 生成する炭化物が流動層上に堆積せ
ず、流動層内に良好・均一に分散されるため、特に活発
流動層における炭化物の酸化が効率よく行われる。炭化
物の酸化により発生する熱は、流動媒体に速やかに伝え
られ、中央部における熱分解ガス化の熱源として有効に
利用される。 流動層表面では、傾斜壁によって上方向への運動を
転向された流動媒体が、中央部で激しく衝突するため、
炭化物の微粉砕が促進される。流動媒体に硬い珪砂を用
いるために、炭化物の微粉砕はさらに促進される。 緩慢流動層での流動媒体の下降運動に伴う呑み込み
作用により、固形廃棄物は無破砕に近い状態でガス化炉
に供給することが出来る。このため、破砕設備を省略あ
るいは無くすことが出来、破砕用の電力を大幅に低減出
来る。
ず、流動層内に良好・均一に分散されるため、特に活発
流動層における炭化物の酸化が効率よく行われる。炭化
物の酸化により発生する熱は、流動媒体に速やかに伝え
られ、中央部における熱分解ガス化の熱源として有効に
利用される。 流動層表面では、傾斜壁によって上方向への運動を
転向された流動媒体が、中央部で激しく衝突するため、
炭化物の微粉砕が促進される。流動媒体に硬い珪砂を用
いるために、炭化物の微粉砕はさらに促進される。 緩慢流動層での流動媒体の下降運動に伴う呑み込み
作用により、固形廃棄物は無破砕に近い状態でガス化炉
に供給することが出来る。このため、破砕設備を省略あ
るいは無くすことが出来、破砕用の電力を大幅に低減出
来る。
【００１６】 流動媒体の旋回流動により、無破砕投
入の結果生ずる粗大な不燃物でも、容易に排出出来る。 流動層内全域における流動媒体の旋回流動により、
発生する熱が拡散されるため、焼結物やクリンカーによ
るトラブルを回避出来る。 水平断面が矩形の場合に比べて、製作コストは安く
なる。 スケールアップが矩形のように一方向のみに片寄る
ことが無く、また将来の加圧化にも対応出来る。
入の結果生ずる粗大な不燃物でも、容易に排出出来る。 流動層内全域における流動媒体の旋回流動により、
発生する熱が拡散されるため、焼結物やクリンカーによ
るトラブルを回避出来る。 水平断面が矩形の場合に比べて、製作コストは安く
なる。 スケールアップが矩形のように一方向のみに片寄る
ことが無く、また将来の加圧化にも対応出来る。
【００１７】通常用いられるバブリング型流動層の場
合、流動媒体は流動層内を均一に流動化されるものの、
横方向の分散作用はあまり良くない。従って、上述の
〜の点において、本発明の内部旋回型流動層の方がバ
ブリング流動層より優ると考えられる。バブリング流動
層で廃棄物の投入位置を流動層の上方とすると、廃棄物
の流動層中への呑み込みが悪いために、未分解物が層上
に堆積するといった問題を生ずる。廃棄物を流動層中に
直接供給すればこの問題は解消されるが、投入フィーダ
に付着、磨耗、腐食、並びにガスシールといった問題や
課題を生じる。また、廃棄物の投入部付近に熱分解ガス
化ゾーンが、その他の部分に炭化物の酸化ゾーンが形成
されるが、炭化物の層内分散が良くないため、未反応酸
素を生じ易く、熱分解ガス化ゾーンが生成した高カロリ
ーの可燃ガスが、この未反応酸素により無駄に燃焼さ
れ、このため高カロリーの可燃ガスが効率的に得られな
いという欠点を有する。当然、炭化物の飛散量も多くな
る。
合、流動媒体は流動層内を均一に流動化されるものの、
横方向の分散作用はあまり良くない。従って、上述の
〜の点において、本発明の内部旋回型流動層の方がバ
ブリング流動層より優ると考えられる。バブリング流動
層で廃棄物の投入位置を流動層の上方とすると、廃棄物
の流動層中への呑み込みが悪いために、未分解物が層上
に堆積するといった問題を生ずる。廃棄物を流動層中に
直接供給すればこの問題は解消されるが、投入フィーダ
に付着、磨耗、腐食、並びにガスシールといった問題や
課題を生じる。また、廃棄物の投入部付近に熱分解ガス
化ゾーンが、その他の部分に炭化物の酸化ゾーンが形成
されるが、炭化物の層内分散が良くないため、未反応酸
素を生じ易く、熱分解ガス化ゾーンが生成した高カロリ
ーの可燃ガスが、この未反応酸素により無駄に燃焼さ
れ、このため高カロリーの可燃ガスが効率的に得られな
いという欠点を有する。当然、炭化物の飛散量も多くな
る。
【００１８】熱分解ガス化により生成する炭化物は、比
重が０．５程度と通常流動媒体に用いられる砂に比べ１
／５位である。このため、バブリング流動層では、偏析
作用により流動媒体の流動層の上に炭化物の流動層が形
成されることがある。流動層上方より投入された廃棄物
は、この炭化物の流動層に入ることになる。流動媒体に
比べ炭化物の熱伝導は良くないため、廃棄物への伝熱は
遅くなり、この結果、未分解物が炭化物の流動層中に堆
積される。これでは、流動媒体の流動層は本来の機能を
しなくなる。これは、時として爆発的な反応を招くた
め、危険な現象でもある。
重が０．５程度と通常流動媒体に用いられる砂に比べ１
／５位である。このため、バブリング流動層では、偏析
作用により流動媒体の流動層の上に炭化物の流動層が形
成されることがある。流動層上方より投入された廃棄物
は、この炭化物の流動層に入ることになる。流動媒体に
比べ炭化物の熱伝導は良くないため、廃棄物への伝熱は
遅くなり、この結果、未分解物が炭化物の流動層中に堆
積される。これでは、流動媒体の流動層は本来の機能を
しなくなる。これは、時として爆発的な反応を招くた
め、危険な現象でもある。
【００１９】これに対し、内部旋回型流動層では、炭化
物は流動媒体と共に旋回運動をするため、ガス化炉に投
入された廃棄物は、熱分解に必要な熱を熱伝導の良い流
動媒体から直接受け取ることが出来る。従って、廃棄物
は速やかに熱分解ガス化される。本発明の内部旋回型流
動層ガス化炉では、流動媒体が中央部から周辺部に向か
って外傾した分散板上を移動するため、サイズの大きな
不燃物でも分散板上に堆積することなく容易に排出され
る。また、内部旋回型流動層では、炉内全周に設けた傾
斜壁により転向された流動媒体の塊が、中央部で激しく
ぶつかり合うのが観察されるが、このため炭化物を速や
かに微粉砕することが出来る。バブリング型流動層に
は、こうした作用は少ない。
物は流動媒体と共に旋回運動をするため、ガス化炉に投
入された廃棄物は、熱分解に必要な熱を熱伝導の良い流
動媒体から直接受け取ることが出来る。従って、廃棄物
は速やかに熱分解ガス化される。本発明の内部旋回型流
動層ガス化炉では、流動媒体が中央部から周辺部に向か
って外傾した分散板上を移動するため、サイズの大きな
不燃物でも分散板上に堆積することなく容易に排出され
る。また、内部旋回型流動層では、炉内全周に設けた傾
斜壁により転向された流動媒体の塊が、中央部で激しく
ぶつかり合うのが観察されるが、このため炭化物を速や
かに微粉砕することが出来る。バブリング型流動層に
は、こうした作用は少ない。
【００２０】本発明者等は、本発明に先立ち、断面が矩
形の内部旋回型流動層ガス化炉の発明を行った（特開平
２−１４７６９２号公報）。しかし、以上に挙げた
の理由により、円形断面の方が優れていると判断
するに至った。特にで述べた炭化物の効率的な酸化
は、ガス化炉として最も重要な機能である。２段ガス化
は流動層炉を２炉設け、原料の熱分解ガス化と炭化物の
酸化を各々の炉で行うものがあるが、本発明による円形
断面の内部旋回型流動層ガス化炉は、中央部の緩慢流動
層において主に固形廃棄物の熱分解ガス化を行い、ここ
で生成する炭化物を周辺部の活発流動層で酸化するとい
う、２段ガス化相当の機能を有している。このため、効
率の良いガス化を行うことが出来る。
形の内部旋回型流動層ガス化炉の発明を行った（特開平
２−１４７６９２号公報）。しかし、以上に挙げた
の理由により、円形断面の方が優れていると判断
するに至った。特にで述べた炭化物の効率的な酸化
は、ガス化炉として最も重要な機能である。２段ガス化
は流動層炉を２炉設け、原料の熱分解ガス化と炭化物の
酸化を各々の炉で行うものがあるが、本発明による円形
断面の内部旋回型流動層ガス化炉は、中央部の緩慢流動
層において主に固形廃棄物の熱分解ガス化を行い、ここ
で生成する炭化物を周辺部の活発流動層で酸化するとい
う、２段ガス化相当の機能を有している。このため、効
率の良いガス化を行うことが出来る。
【００２１】以下、本発明を図面を用いて説明する。図
１に、流動層ガス化炉の垂直断面図を示す。図１におい
て、２はガス化炉、３は分散板、６はフリーボード、１
１は傾斜壁、１２は不燃物排出シュート、１３は活発流
動層用の空気室、１４は緩慢流動層用の空気室、１５は
緩慢流動層、１６は活発流動層である。ｂ1 は活発流動
層用の流動化ガス、ｂ2 は緩慢流動層用の流動化ガスで
ある。図の内部旋回型流動層ガス化炉では、空気分散板
は逆円錐状をしており、中央部が最も高く、外側に向か
って傾斜している。その上に乗る流動層は緩慢流動層と
活発流動層に分けられる。緩慢流動層の占める領域は、
分散板上の水平断面にて、全体の４０〜６０％とするの
がよい。流動層全体の径をｒ1 、緩慢流動層の径をｒ2
で表せば、ｒ2 ＝（０．６４〜０．７７）ｒ1 となる。
通常、上記の面積割合は５０％とすることが多いから、
その場合ｒ2 ＝０．７１ｒ1 である。
１に、流動層ガス化炉の垂直断面図を示す。図１におい
て、２はガス化炉、３は分散板、６はフリーボード、１
１は傾斜壁、１２は不燃物排出シュート、１３は活発流
動層用の空気室、１４は緩慢流動層用の空気室、１５は
緩慢流動層、１６は活発流動層である。ｂ1 は活発流動
層用の流動化ガス、ｂ2 は緩慢流動層用の流動化ガスで
ある。図の内部旋回型流動層ガス化炉では、空気分散板
は逆円錐状をしており、中央部が最も高く、外側に向か
って傾斜している。その上に乗る流動層は緩慢流動層と
活発流動層に分けられる。緩慢流動層の占める領域は、
分散板上の水平断面にて、全体の４０〜６０％とするの
がよい。流動層全体の径をｒ1 、緩慢流動層の径をｒ2
で表せば、ｒ2 ＝（０．６４〜０．７７）ｒ1 となる。
通常、上記の面積割合は５０％とすることが多いから、
その場合ｒ2 ＝０．７１ｒ1 である。
【００２２】緩慢流動層における流動化ガスの質量速度
は、最小流動化質量速度をＧmfで表すと、２〜６Ｇ
mf（好ましくは３〜５Ｇmf）とするのがよい。通常焼却
に用いられるのが０．５〜３Ｇmf（好ましくは１〜２．
５Ｇmf）であるが、これではクリンカーの出来やすいこ
とがテストの結果明らかとなった。クリンカーの出来や
すい原因としては、４５０〜６５０℃という比較的低温
のガス化では、流動層全体が炭化物リッチになるためと
考えられる。また、流動媒体のスムーズな旋回流動を得
るためには、活発流動層における流動化ガスの質量速度
は、緩慢流動層における流動化ガス質量速度の１．５〜
３倍とするのがよいことも判った。一連のテストでは、
流動化ガスの質量速度は、緩慢流動層が４Ｇmf、活発流
動層が８Ｇmfが最適な組み合わせであった。この場合、
活発流動層における流動化ガス質量速度は緩慢流動層の
２倍である。
は、最小流動化質量速度をＧmfで表すと、２〜６Ｇ
mf（好ましくは３〜５Ｇmf）とするのがよい。通常焼却
に用いられるのが０．５〜３Ｇmf（好ましくは１〜２．
５Ｇmf）であるが、これではクリンカーの出来やすいこ
とがテストの結果明らかとなった。クリンカーの出来や
すい原因としては、４５０〜６５０℃という比較的低温
のガス化では、流動層全体が炭化物リッチになるためと
考えられる。また、流動媒体のスムーズな旋回流動を得
るためには、活発流動層における流動化ガスの質量速度
は、緩慢流動層における流動化ガス質量速度の１．５〜
３倍とするのがよいことも判った。一連のテストでは、
流動化ガスの質量速度は、緩慢流動層が４Ｇmf、活発流
動層が８Ｇmfが最適な組み合わせであった。この場合、
活発流動層における流動化ガス質量速度は緩慢流動層の
２倍である。
【００２３】活発流動層内を上昇する流動媒体を中心部
へ反転せしめて流動媒体の旋回流動を促進する傾斜壁に
ついては、その下方投影面積が流動層断面の２５〜４０
％とするのが望ましい。図１にて、最も狭くなった部分
の炉径をｒ3 とすれば、ｒ3＝（０．７７〜０．８７）
ｒ1 となる。傾斜壁をこれ以上大きくとっても、流動媒
体を反転する作用はあまり変らない。むしろ、流動層上
方の狭い部分でのガス速度が増すために、固形廃棄物の
流動層への落下を妨げる弊害の方が大きくなる。なお、
傾斜壁の水平面に対する傾斜角度θについては、３０〜
６０°とするのが効果的である。本発明におけるガス化
炉の流動媒体は、硅砂やオリビン砂等の砂、あるいはア
ルミナ、ドロマイト、石灰石等の中から選択されるが、
流動層温度が４５０〜６５０℃程度と低いので、流動化
ガスの質量速度を既定の範囲内にとれば、アグロメレー
ションの問題は無い。従って、硬くしかも入手の容易な
硅砂を用いるのが好適である。硬いのが良いというの
は、流動化させつつ炭化物の微粉砕が出来るからであ
る。硅砂の場合、その粒度は平均粒径で０．４〜０．８
ｍｍのものが用いられる。
へ反転せしめて流動媒体の旋回流動を促進する傾斜壁に
ついては、その下方投影面積が流動層断面の２５〜４０
％とするのが望ましい。図１にて、最も狭くなった部分
の炉径をｒ3 とすれば、ｒ3＝（０．７７〜０．８７）
ｒ1 となる。傾斜壁をこれ以上大きくとっても、流動媒
体を反転する作用はあまり変らない。むしろ、流動層上
方の狭い部分でのガス速度が増すために、固形廃棄物の
流動層への落下を妨げる弊害の方が大きくなる。なお、
傾斜壁の水平面に対する傾斜角度θについては、３０〜
６０°とするのが効果的である。本発明におけるガス化
炉の流動媒体は、硅砂やオリビン砂等の砂、あるいはア
ルミナ、ドロマイト、石灰石等の中から選択されるが、
流動層温度が４５０〜６５０℃程度と低いので、流動化
ガスの質量速度を既定の範囲内にとれば、アグロメレー
ションの問題は無い。従って、硬くしかも入手の容易な
硅砂を用いるのが好適である。硬いのが良いというの
は、流動化させつつ炭化物の微粉砕が出来るからであ
る。硅砂の場合、その粒度は平均粒径で０．４〜０．８
ｍｍのものが用いられる。
【００２４】固形廃棄物に含有される鉄、銅、アルミニ
ウム等の有価金属は、流動層内全体が還元雰囲気である
ため、炉底から未酸化でしかもクリーンな状態で、他の
不燃物や流動媒体と共に排出され、しかる後に篩分けを
施すことにより、金属を含む粗大な不燃物と細かな流動
媒体とに分けられる。分別された流動媒体は、ガス化炉
に戻されて再使用されるが、炉のエネルギー効率を高め
るために、放熱を出来るだけ抑えることが必要である。
廃棄物に含まれる金属のうち、融点が流動層温度より高
いものは、ほぼ全量をガス化炉の炉底より取り出すこと
が出来る。金属の中で、特にアルミニウムの回収のため
には、流動層温度をアルミの融点である６６０℃より低
くすればよい。
ウム等の有価金属は、流動層内全体が還元雰囲気である
ため、炉底から未酸化でしかもクリーンな状態で、他の
不燃物や流動媒体と共に排出され、しかる後に篩分けを
施すことにより、金属を含む粗大な不燃物と細かな流動
媒体とに分けられる。分別された流動媒体は、ガス化炉
に戻されて再使用されるが、炉のエネルギー効率を高め
るために、放熱を出来るだけ抑えることが必要である。
廃棄物に含まれる金属のうち、融点が流動層温度より高
いものは、ほぼ全量をガス化炉の炉底より取り出すこと
が出来る。金属の中で、特にアルミニウムの回収のため
には、流動層温度をアルミの融点である６６０℃より低
くすればよい。
【００２５】ガス化炉の後段にて、生成ガスを高温燃焼
して灰を溶融スラグ化する燃焼炉には、高負荷燃焼に適
した旋回式溶融炉を用いるのが良い。高負荷燃焼により
炉がコンパクトになり、水冷損失を減らすことが出来る
からである。また、旋回流による遠心効果により、スラ
グミストの捕集効率を高くとれ、しかも、炭化物を炉壁
に長く留まらせるためにカーボンの未燃損失を極限まで
減らすことが可能である。従来型の焼却設備の中には、
灰溶融設備を保有しないかあるいは近隣に灰溶融設備が
無いために、焼却炉や廃熱ボイラから排出される炉下灰
や飛灰の処理に困窮している所がある。こうした灰を本
設備に受け入れ、他の固形廃棄物とともに一括して処理
することにより、未燃分を含まない良質なスラグとし
て、回収利用する道が開ける。
して灰を溶融スラグ化する燃焼炉には、高負荷燃焼に適
した旋回式溶融炉を用いるのが良い。高負荷燃焼により
炉がコンパクトになり、水冷損失を減らすことが出来る
からである。また、旋回流による遠心効果により、スラ
グミストの捕集効率を高くとれ、しかも、炭化物を炉壁
に長く留まらせるためにカーボンの未燃損失を極限まで
減らすことが可能である。従来型の焼却設備の中には、
灰溶融設備を保有しないかあるいは近隣に灰溶融設備が
無いために、焼却炉や廃熱ボイラから排出される炉下灰
や飛灰の処理に困窮している所がある。こうした灰を本
設備に受け入れ、他の固形廃棄物とともに一括して処理
することにより、未燃分を含まない良質なスラグとし
て、回収利用する道が開ける。
【００２６】本発明による内部旋回型流動層ガス化炉に
おいて、炉底中央部の緩慢流動層では流動化ガス中の酸
素量は少なく可燃物量は多いので、中央部におけるガス
化は周辺部に比べより乾留の状態に近くなり、この結果
高カロリーの可燃性ガスが発生する。この時生成した炭
化物は、流動媒体の旋回運動により、炉底周辺部の活発
流動層に均一に分散される。従って、活発流動層に供給
される流動化ガス中の酸素は、炭化物の酸化分解のため
に効率的に消費される。もし仮に、活発流動層内に炭化
物の希薄な部分が存在すると、酸素が十分消費されず未
反応のまま流動層を通過し、すでに生成した高カロリー
の燃料ガスを燃焼により消費してしまう。しかし、本方
式で用いる流動層炉では、流動媒体の旋回運動により活
発流動層内における炭化物濃度はほぼ一定に保たれるの
で、こうしたことは起こり得ず、従って、ガス化炉より
高カロリーの燃料ガスを効率的に回収することが出来
る。
おいて、炉底中央部の緩慢流動層では流動化ガス中の酸
素量は少なく可燃物量は多いので、中央部におけるガス
化は周辺部に比べより乾留の状態に近くなり、この結果
高カロリーの可燃性ガスが発生する。この時生成した炭
化物は、流動媒体の旋回運動により、炉底周辺部の活発
流動層に均一に分散される。従って、活発流動層に供給
される流動化ガス中の酸素は、炭化物の酸化分解のため
に効率的に消費される。もし仮に、活発流動層内に炭化
物の希薄な部分が存在すると、酸素が十分消費されず未
反応のまま流動層を通過し、すでに生成した高カロリー
の燃料ガスを燃焼により消費してしまう。しかし、本方
式で用いる流動層炉では、流動媒体の旋回運動により活
発流動層内における炭化物濃度はほぼ一定に保たれるの
で、こうしたことは起こり得ず、従って、ガス化炉より
高カロリーの燃料ガスを効率的に回収することが出来
る。
【００２７】以上述べたことから、内部旋回型流動層炉
をガス化炉に用いた本発明（Ｆ方式）が、運転操作の容
易さ、コークス等副資材が不要な点、二酸化炭素の発生
量を増やさない点、さらに、多くの金属が未酸化の状態
で回収できる点においてＳ方式に優り、また、ガス化炉
が極めてコンパクトでしかも稼働部が存在しない点、炭
化物の微粉砕等のハンドリング設備が不要な点において
Ｒ方式より有利であることは明らかである。
をガス化炉に用いた本発明（Ｆ方式）が、運転操作の容
易さ、コークス等副資材が不要な点、二酸化炭素の発生
量を増やさない点、さらに、多くの金属が未酸化の状態
で回収できる点においてＳ方式に優り、また、ガス化炉
が極めてコンパクトでしかも稼働部が存在しない点、炭
化物の微粉砕等のハンドリング設備が不要な点において
Ｒ方式より有利であることは明らかである。
【００２８】次に、本発明を図２を用いて説明する。図
２に、本発明のガス化燃焼方法に用いる装置の一例の概
略構成図を示す。図において、１は定量供給装置、２は
ガス化炉、３は分散板、４は硅砂の流動層、６はフリー
ボード、７は旋回式溶融炉、８は一次燃焼室、９は二次
燃焼室、１０はスラグ分離部である。ａは廃プラスチッ
ク、ｂは一次空気、ｃは二次空気、ｄは不燃物、ｅは生
成ガス、ｇは燃焼排ガス、ｈはスラグ、ｉは三次空気で
ある。なお、２のガス化炉は、図１に示した内部旋回型
流動層ガス化炉であるが、本図では省略して表現してい
る。ここで用いる廃プラスチックａは、通常都市ごみの
中で燃焼不適ごみとして分別収集されたプラスチック主
体のものを想定している。
２に、本発明のガス化燃焼方法に用いる装置の一例の概
略構成図を示す。図において、１は定量供給装置、２は
ガス化炉、３は分散板、４は硅砂の流動層、６はフリー
ボード、７は旋回式溶融炉、８は一次燃焼室、９は二次
燃焼室、１０はスラグ分離部である。ａは廃プラスチッ
ク、ｂは一次空気、ｃは二次空気、ｄは不燃物、ｅは生
成ガス、ｇは燃焼排ガス、ｈはスラグ、ｉは三次空気で
ある。なお、２のガス化炉は、図１に示した内部旋回型
流動層ガス化炉であるが、本図では省略して表現してい
る。ここで用いる廃プラスチックａは、通常都市ごみの
中で燃焼不適ごみとして分別収集されたプラスチック主
体のものを想定している。
【００２９】廃プラスチックａは、必要に応じて破砕、
選別などの前処理を施した後、スクリュー式の定量供給
装置１により、ガス化炉２に供給される。ガス化炉２の
炉底には一次空気ｂが送入され、分散板３上に硅砂の流
動層４を形成する。廃プラスチックａは流動層４の上方
に投入され、４５０〜６５０℃に保持した流動層４内に
落下することにより一次空気ｂと接触し、速やかに熱分
解ガス化される。ガス化炉２の炉底からは不燃物ｄが排
出される。不燃物ｄには金属が含まれるが、実用的には
流動層温度を５００〜６００℃とすることにより、鉄、
銅、アルミといった有価金属を、未酸化でクリーンな状
態で回収される。熱分解ガス化によりガス、タール、炭
化物が生成する。炭化物は流動層４の攪乱運動により微
細化される。ガス化炉２のフリーボード６には二次空気
が吹き込まれ、６５０〜８５０℃にて第二段階のガス化
が行われる。こうして、タール、炭化物のガス化分解が
促進される。
選別などの前処理を施した後、スクリュー式の定量供給
装置１により、ガス化炉２に供給される。ガス化炉２の
炉底には一次空気ｂが送入され、分散板３上に硅砂の流
動層４を形成する。廃プラスチックａは流動層４の上方
に投入され、４５０〜６５０℃に保持した流動層４内に
落下することにより一次空気ｂと接触し、速やかに熱分
解ガス化される。ガス化炉２の炉底からは不燃物ｄが排
出される。不燃物ｄには金属が含まれるが、実用的には
流動層温度を５００〜６００℃とすることにより、鉄、
銅、アルミといった有価金属を、未酸化でクリーンな状
態で回収される。熱分解ガス化によりガス、タール、炭
化物が生成する。炭化物は流動層４の攪乱運動により微
細化される。ガス化炉２のフリーボード６には二次空気
が吹き込まれ、６５０〜８５０℃にて第二段階のガス化
が行われる。こうして、タール、炭化物のガス化分解が
促進される。
【００３０】フリーボード６上部からの生成ガスｅは、
微細化した炭化物を同伴しつつ、旋回式溶融炉７の一次
燃焼室８に供給され、予熱された三次空気ｉと旋回流中
で混合しながら、１２００〜１５００℃の高温燃焼す
る。燃焼は次の二次燃焼室９で完結し、燃焼排ガスｇは
スラグ分離部１０の上方より排出される。炭化物中の灰
分は高温のためにスラグミストとなり、旋回流の遠心力
により一次燃焼室８の炉壁上の溶融スラグ相に捕捉さ
れ、炉壁を流れ下って二次燃焼室９に入り、スラグ分離
部１０の底部より排出される。なお、旋回式溶融炉７を
出た燃焼排ガスｇは、廃熱ボイラ、節炭器、空気予熱器
といった一連の熱回収装置と脱塵装置を経て大気放出さ
れる。なお、旋回式溶融炉７の一次燃焼室８と二次燃焼
室９には、始動用並びに補助用のオイルバーナ１１が設
置されている。
微細化した炭化物を同伴しつつ、旋回式溶融炉７の一次
燃焼室８に供給され、予熱された三次空気ｉと旋回流中
で混合しながら、１２００〜１５００℃の高温燃焼す
る。燃焼は次の二次燃焼室９で完結し、燃焼排ガスｇは
スラグ分離部１０の上方より排出される。炭化物中の灰
分は高温のためにスラグミストとなり、旋回流の遠心力
により一次燃焼室８の炉壁上の溶融スラグ相に捕捉さ
れ、炉壁を流れ下って二次燃焼室９に入り、スラグ分離
部１０の底部より排出される。なお、旋回式溶融炉７を
出た燃焼排ガスｇは、廃熱ボイラ、節炭器、空気予熱器
といった一連の熱回収装置と脱塵装置を経て大気放出さ
れる。なお、旋回式溶融炉７の一次燃焼室８と二次燃焼
室９には、始動用並びに補助用のオイルバーナ１１が設
置されている。
【００３１】
【発明の効果】本発明を、固形廃棄物のガス化燃焼に適
用した場合、次のような効果を奏する。 固体燃焼に代わる気体燃焼のため、１．３程度の低
空気比燃焼が実現され、排ガス量は大幅に低減される。 高温燃焼のため、ダイオキシン類はほとんど発生し
ない。 廃棄物中の灰分は重金属が溶出しない無害なスラグ
として回収される。このため、埋立地の延命化が図れ、
路盤材等への利用も可能となる。 ガス化炉で生成するガス、タール、炭化物のエネル
ギーを灰溶融のための高温源に有効活用できる。
用した場合、次のような効果を奏する。 固体燃焼に代わる気体燃焼のため、１．３程度の低
空気比燃焼が実現され、排ガス量は大幅に低減される。 高温燃焼のため、ダイオキシン類はほとんど発生し
ない。 廃棄物中の灰分は重金属が溶出しない無害なスラグ
として回収される。このため、埋立地の延命化が図れ、
路盤材等への利用も可能となる。 ガス化炉で生成するガス、タール、炭化物のエネル
ギーを灰溶融のための高温源に有効活用できる。
【００３２】 システム中にダイオキシン処理や灰溶
融の機能が組み込まれるため、装置全体がコンパクト化
され、建設コストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備
に付与したより安価となる。 鉄、銅、アルミ等の有価金属は、リサイクル可能な
未酸化でクリーンな状態で回収できる。 高効率発電型とすることが容易である。 本発明は、ガス化炉に流動層炉を、後段に燃焼炉を配
し、流動層部にて４５０〜６５０℃で一次燃焼した後
に、フリーボート部にて６５０〜８５０℃で二次燃焼
し、しかる後に燃焼炉にて１２００〜１５００℃で三次
燃焼し、灰分を効率良く溶融スラグ化して燃焼炉の炉底
より排出することにより、シンプル性、コンパクト性、
マテリアルリサイクル、エネルギーリサイクル、さらに
運転の容易性・安全性を向上させた付加価値の高い環境
適応型の廃棄物処理技術を提供するものである。
融の機能が組み込まれるため、装置全体がコンパクト化
され、建設コストもそれぞれの機能を在来型の焼却設備
に付与したより安価となる。 鉄、銅、アルミ等の有価金属は、リサイクル可能な
未酸化でクリーンな状態で回収できる。 高効率発電型とすることが容易である。 本発明は、ガス化炉に流動層炉を、後段に燃焼炉を配
し、流動層部にて４５０〜６５０℃で一次燃焼した後
に、フリーボート部にて６５０〜８５０℃で二次燃焼
し、しかる後に燃焼炉にて１２００〜１５００℃で三次
燃焼し、灰分を効率良く溶融スラグ化して燃焼炉の炉底
より排出することにより、シンプル性、コンパクト性、
マテリアルリサイクル、エネルギーリサイクル、さらに
運転の容易性・安全性を向上させた付加価値の高い環境
適応型の廃棄物処理技術を提供するものである。
【図１】本発明に用いる流動層ガス化炉の拡大図。
【図２】本発明のガス化燃焼方法に用いる装置の一例を
示す概略構成図。
示す概略構成図。
１：定量供給装置、２：ガス化炉、３：分散板、４：流
動層、６：フリーボード、７：旋回式溶融炉、８：一次
燃焼室、９：二次燃焼室、１０：スラグ分離部、１１：
傾斜壁、１２：不燃物排出シュート、１３：活発流動層
用の空気室、１４：緩慢流動層用の空気室、ａ：廃プラ
スチック、ｂ：一次空気（ｂ1 ：活発流動層用の流動化
ガス、ｂ2：緩慢流動層用の流動化ガス）、ｃ：二次空
気、ｄ：不燃物、ｅ：生成ガス、ｇ：燃焼排ガス、ｈ：
スラグ、ｉ：三次空気
動層、６：フリーボード、７：旋回式溶融炉、８：一次
燃焼室、９：二次燃焼室、１０：スラグ分離部、１１：
傾斜壁、１２：不燃物排出シュート、１３：活発流動層
用の空気室、１４：緩慢流動層用の空気室、ａ：廃プラ
スチック、ｂ：一次空気（ｂ1 ：活発流動層用の流動化
ガス、ｂ2：緩慢流動層用の流動化ガス）、ｃ：二次空
気、ｄ：不燃物、ｅ：生成ガス、ｇ：燃焼排ガス、ｈ：
スラグ、ｉ：三次空気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｇ 5/30 ＺＡＢ Ｆ２３Ｇ 5/30 ＺＡＢＲ Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｂ Ｆ２３Ｌ 7/00 Ｆ２３Ｌ 7/00 Ａ Ｚ (72)発明者 廣勢 哲久 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 大下 孝裕 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 牧野 安男 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内
Claims (6)
- 【請求項１】 固形廃棄物を流動層ガス化炉の流動層部
にて４５０〜６５０℃で一次燃焼し、次いでフリーボー
ド部にて６５０〜８５０℃で二次燃焼し、さらに後段の
燃焼炉にて１２００〜１５００℃で三次燃焼することに
より灰分を溶融スラグ化する固形廃棄物のガス化燃焼方
法において、前記流動層ガス化炉の流動層部並びにフリ
ーボード部に供給するガスが、酸素、水蒸気、空気の中
の１つ以上から選択され、流動層部に供給するガス中の
酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％、フリーボード
部に供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の０〜２
０％とし、前記流動層ガス化炉の水平断面を円形とし、
炉底中央部に比較的緩慢な流動層、炉底周辺部に比較的
活発な流動層を形成するとともに、流動層の表面近傍の
内壁沿いに内側に傾斜した傾斜壁を設け、流動媒体の流
れを周辺部から中央部へ転向することにより、炉底中央
部の緩慢流動層中を流動媒体が流動化しつつ下降し、炉
底周辺部の活発流動層中を流動媒体が流動化しつつ上昇
し、流動層下部にて流動媒体が中央部から周辺部へ、流
動層上部にて流動媒体が周辺部から中央部へ流動化しつ
つ移動するような流動媒体の旋回運動を生ぜしめ、流動
層断面における前記緩慢流動層の面積割合を４０〜６０
％、前記緩慢流動層における流動化ガスの質量速度を最
小流動化質量速度の２〜６倍、活発流動層における流動
化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動化ガスの質
量速度の１．５〜３倍、傾斜壁の下方投影面積を流動層
断面の２５〜４０％、該傾斜壁の水平面に対する傾斜角
度を３０〜６０°としたことを特徴とする固形廃棄物の
ガス化燃焼方法。 - 【請求項２】 前記燃焼炉には、酸素、水蒸気、空気の
いずれか１つ以上から選択したガスを供給し、該ガス中
の酸素量が理論燃焼酸素量の８０〜１２０％であること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記流動層ガス化炉は、流動媒体として
砂、アルミナ、ドロマイト、石灰石を用いることを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記流動層ガス化炉は、炉底より前記固
形廃棄物中に含有される金属を未酸化でクリーンな状態
で回収することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記燃焼炉が、旋回式溶融炉であること
を特徴とする請求項１又は２記載の方法。 - 【請求項６】 ４５０〜６５０℃で一次燃焼する流動層
部と、次いで６５０〜８５０℃で二次燃焼するフリーボ
ード部とからなる流動層ガス化炉と、さらに後段の、１
２００〜１５００℃で三次燃焼し灰分を溶融スラグ化す
る燃焼炉とを有する固形廃棄物のガス化燃焼装置におい
て、前記流動層ガス化炉の流動層部並びにフリーボード
部には、酸素、水蒸気、空気の中の１つ以上から選択さ
れたガスを供給する供給口を設け、流動層部に供給する
ガス中の酸素量を理論燃焼酸素量の１０〜３０％、フリ
ーボード部に供給するガス中の酸素量を理論燃焼酸素量
の０〜２０％に制御する制御機構を有すると共に、前記
流動層ガス化炉は、水平断面を円形とし、炉底中央部に
流動化ガスの質量速度を最小流動化質量速度の２〜６倍
とした比較的緩慢な流動層を形成させ、炉底周辺部に流
動化ガスの質量速度を緩慢流動層における流動化ガスの
質量速度の１．５〜３倍とした比較的活発な流動層を形
成させ、また、流動層の表面近傍の内壁沿いに内側に傾
斜した傾斜壁を設け、流動層上部にて流動媒体が周辺部
から中央部へ流動化しつつ移動するような流動媒体の旋
回運動を生ぜしめ、流動層断面における前記緩慢流動層
の面積割合を４０〜６０％、傾斜壁の下方投影面積を流
動層断面の２５〜４０％、該傾斜壁の水平面に対する傾
斜角度を３０〜６０°としたことを特徴とする固形廃棄
物のガス化燃焼装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8329079A JPH10160141A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 固形廃棄物のガス化燃焼方法及び装置 |
| PCT/JP1997/004314 WO1998023898A1 (en) | 1996-11-26 | 1997-11-26 | Method and equipment for gasification and burning of solid waste |
| AU51916/98A AU5191698A (en) | 1996-11-26 | 1997-11-26 | Method and equipment for gasification and burning of solid waste |
| JP2005136437A JP2005308390A (ja) | 1996-11-26 | 2005-05-09 | 固形廃棄物のガス化燃焼方法及び設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8329079A JPH10160141A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 固形廃棄物のガス化燃焼方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10160141A true JPH10160141A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18217396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8329079A Pending JPH10160141A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 固形廃棄物のガス化燃焼方法及び装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10160141A (ja) |
| AU (1) | AU5191698A (ja) |
| WO (1) | WO1998023898A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1580253A1 (en) | 2004-03-23 | 2005-09-28 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Carbonization and gasification of biomass and power generation system |
| WO2021137453A1 (ko) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 유동층 반응기 및 이를 이용한 리튬 이차 전지의 활성 금속 회수 방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158878C1 (ru) * | 2000-05-16 | 2000-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОСЕРВИС ПРИМ" | Реактор для термического обезвреживания отходов |
| CN115013816B (zh) * | 2022-05-27 | 2026-03-20 | 中国船舶集团有限公司第七一一研究所 | 固体废弃物处理装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3153091B2 (ja) * | 1994-03-10 | 2001-04-03 | 株式会社荏原製作所 | 廃棄物の処理方法及びガス化及び熔融燃焼装置 |
| JPH0587314A (ja) * | 1991-09-27 | 1993-04-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 廃棄物焼却炉 |
| JPH05223226A (ja) * | 1992-02-06 | 1993-08-31 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 廃棄物焼却炉 |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP8329079A patent/JPH10160141A/ja active Pending
-
1997
- 1997-11-26 WO PCT/JP1997/004314 patent/WO1998023898A1/ja not_active Ceased
- 1997-11-26 AU AU51916/98A patent/AU5191698A/en not_active Abandoned
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1580253A1 (en) | 2004-03-23 | 2005-09-28 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Carbonization and gasification of biomass and power generation system |
| WO2021137453A1 (ko) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 유동층 반응기 및 이를 이용한 리튬 이차 전지의 활성 금속 회수 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU5191698A (en) | 1998-06-22 |
| WO1998023898A1 (en) | 1998-06-04 |
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